DE112012002122B4

DE112012002122B4 - Inter-Platten-Verbindungssystem mit Deformationsvermeidung nachgiebiger flexibler Pins

Info

Publication number: DE112012002122B4
Application number: DE112012002122.3T
Authority: DE
Inventors: Richard Schneider
Original assignee: Interplex Industries Inc
Current assignee: Interplex Industries Inc
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2020-11-26
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: CN103733434A; US20120295490A1; DE112012002122T5; US8690586B2; CN103733434B; WO2012158903A3; WO2012158903A2

Abstract

Verbindungssystem, das aufweist:ein erstes Substrat (12, 204);eine Vielzahl nachgiebiger Pins (16, 100), die in einer ersten Anordnung auf dem ersten Substrat (12, 204) angeordnet sind, wobei jeder nachgiebige Pin (16, 100) eine darin ausgebildete Einbuchtung oder Nut und einen nachgiebigen Abschnitt (24, 124) aufweist, der zwischen einem ersten Anschlussende (22, 122) und einem zweiten Anschlussende (28, 128) angeordnet ist, wobei die ersten Anschlussenden (22, 122) an dem ersten Substrat (12, 204) befestigt sind;ein Gehäuse (20, 208, 340), das auf dem ersten Substrat (12, 204) angeordnet ist;undeine Stoppstruktur (18, 212, 350, 360), die in dem Gehäuse (20, 208, 340) derart angeordnet ist, dass sich die nachgiebigen Abschnitte (24, 124) der nachgiebigen Pins (16, 100) zwischen dem ersten Substrat (12, 204) und der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) erstrecken, wobei die Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) eine Vielzahl von Öffnungen (216, 352, 362) aufweist, durch die sich die nachgiebigen Stifte (16, 100) erstrecken, wobei jede der Öffnungen (216, 352, 362) teilweise durch eine innere Kante definiert ist, undwobei die nachgiebigen Stifte (16, 100) und die Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) relativ zueinander beweglich sind, so dass die inneren Kanten der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) jeweils relativ in die Einbuchtungen oder Nuten der nachgebenden Pins (16, 100) bewegt werden können, um eine Kompression der nachgiebigen Abschnitte (24, 124) der nachgiebigen Pins (16, 100) zu begrenzen, wenn eine Kraft auf die zweiten Anschlussenden (28, 128) der nachgiebigen Stifte (16, 100) ausgeübt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil nach 35 U.S.C. § 119(e) der U.S. Provisional Patent Application Ser. No. 61/486,977 , betitelt „Compliant Terminal“ und eingereicht am 17. Mai 2011, deren Inhalte durch Verweisung in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen werden.
US 6 278 284 B1 offenbart eine IC-Buchse zum Testen eines Grid-Array-Pakets, die so konfiguriert ist, dass sie mit einer Adapterbuchse, die auf einer Testplatine montiert ist, zusammenpasst. Die IC-Buchse umfasst einen IC-Buchsenkörper mit einer Bodenplatte, die mit einer Anzahl von Kontakthaltelöchern ausgebildet ist, die durch die Bodenplatte dringen und in Form einer Matrix angeordnet sind, und eine Anzahl von Kontakten, die jeweils ein Kontaktierungsende, einen Federabschnitt, einen Befestigungsbasisabschnitt und einen Kontaktstift aufweist, die in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, wobei der Befestigungsbasisabschnitt jedes der Kontakte von der Oberseite der Bodenplatte in ein entsprechendes Kontakthalteloch des IC-Buchsenkörpers eingeführt wird. Die IC-Buchse umfasst auch eine Befestigungsplatte mit einer entsprechenden Anzahl von Befestigungsöffnungen und ist an einer oberen Oberfläche der Bodenplatte des IC-Buchsenkörpers befestigt, indem die Kontakte jeweils durch die Befestigungsöffnungen geführt werden, so dass der Befestigungsbasisabschnitt des Kontakts zwischen der Bodenplatte des IC-Buchsenkörpers und einem Randabschnitt der Befestigungsöffnung der Befestigungsplatte befestigt ist.
US 2009 / 0 197 439 A1 betrifft einen elektrischen Einpresskontakt, insbesondere Einpressstiftkontakt, zur Übertragung von elektrischem Strom und/oder elektrischen Signalen, umfassend einen Einpressabschnitt und einen Montageabschnitt, die über eine mechanische Kopplung miteinander mittels des Entlastungsabschnittes gekoppelt sind, wobei der Entlastungsabschnitt einen Ausgleichsabschnitt und einen Anschlagabschnitt umfasst, wobei der Ausgleichsabschnitt eine gekoppelte Relativbewegung des Einpressabschnitts und des Befestigungsabschnitts ermöglicht und der Anschlagabschnitt eine Bewegung aufeinander zu von Einpressabschnitt und Befestigungsabschnitt blockiert. Ferner betrifft US 2009 / 0 197 439 A1 ein elektrisches oder elektronisches Modul oder eine Leiterplatte mit einem elektrischen Einpresskontakt.
US 6 869 289 B2 betrifft elektrische Mehrfachkontaktverbinder, die insbesondere eine Basis, zwei Paare von Eingabe-/Ausgabeanschlüssen, zwei elektrisch leitfähige Nadeln, zwei elektrisch isolierende Platten mit Öffnungen aufweisen, wobei die Nadeln relativ zu der Platte verschiebbar montiert sind, und Mittel zum Fixieren der zwei Platten relativ zu der Basis aufweisen. Der Verbinder ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: mindestens zwei weitere Platten, die zwischen den beiden Platten angeordnet sind und in denen Öffnungen ausgebildet sind, wobei die Nadeln in den Öffnungen verschiebbar sind; und Mittel, um die Platten zu veranlassen, sich jeweils in zwei im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, um jeder Nadel zwei Vorschnallen in entgegengesetzten Richtungen auf jeder Seite ihrer Ruheposition zu verleihen. US 6,869,289 B2 ist insbesondere auf Verbinder zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Testvorrichtung und elektronischen Komponenten, wie beispielsweise Chips, anwendbar.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In vielen Systemen kann es notwendig sein, eine Leiterplatte (PCB, engl.: „printed circuit board“) mit einer anderen zu koppeln, damit Komponenten beider Leiterplatten miteinander kommunizieren können. Oft wird eine Leiterplatte auf der anderen gestapelt, wobei sich eine Vielzahl nachgiebiger Pins von der unteren Platte in die obere Platte erstrecken, um die elektrische Verbindung zu erleichtern. Ein steifer oder stabiler Pin wird normalerweise aufgrund der Effekte eines Unterschieds zwischen dem thermischen Expansionskoeffizienten (CTE, engl.: „coefficient of thermal expansion“) einer Leiterplatte in Bezug auf den der anderen Leiterplatte nicht verwendet.
Es ist allerdings bekannt, dass es während eines Zusammenbaus möglich ist, dass die Pins beschädigt werden können, wenn beim Setzen der oberen Leiterplatte übermäßig Kraft verwendet wird. Um Schaden an den Pins während des Zusammenbaus zu vermeiden, schlagen einige vor, einen Stopper direkt in das Design des Pins zu bauen. Der Stopper innerhalb des Pins kann allerdings immer noch eine schädigende Kraft direkt auf die untere Leiterplatte übersetzen. Dies ist besonders problematisch, wenn die untere Leiterplatte eine keramische Platte der Art ist, bei der Kupfer direkt auf der Keramik gebunden ist (DBC, engl.: „direct bonded copper“).
Ein Mechanismus zur Schadensvermeidung an den Pins wird benötigt.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird zur Lösung ein Verbindungssystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 18 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
In einer Ausführungsform verbindet eine nachgiebige Anschlussanordnung eine erste und eine zweite Leiterplatte. Die Anordnung umfasst ein Stoppelement mit einem ersten vorbestimmten Ausmaß und einem nachgiebigen Anschluss. Der Anschluss umfasst ein erstes Anschlussende zur elektrischen Verbindung an einer ersten Leiterplatte, ein zweites Anschlussende zur elektrischen Verbindung an einer zweiten Leiterplatte und einen nachgiebigen Abschnitt. In einer Ausführungsform ist der nachgiebige Abschnitt U-förmig und das Stoppelement ist zwischen den Schenkeln des U-förmigen nachgiebigen Abschnitts angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform weist ein Verbindungssystem ein erstes Substrat und eine Vielzahl nachgiebiger Pins auf, die in einer ersten Anordnung auf dem ersten Substrat angeordnet sind, wobei jeder nachgiebige Pin wenigstens einen Flügel aufweist. Ein Gehäuserahmen ist auf dem ersten Substrat angeordnet und ein Stoppkamm ist in dem Gehäuserahmen angeordnet. Der Stoppkamm hat eine Vielzahl von Kammöffnungen, die angeordnet und dimensioniert sind, wenigstens einen Flügel eines korrespondierenden nachgiebigen Pins zu erfassen.
Figurenliste
Die obigen und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung können durch Verweis auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei:

1 eine auseinandergezogene Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Seitenansicht eines nachgiebigen Pins, der in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist;
3A und 3B Ansichten eines Stoppelements sind;
4 eine Seitenansicht eines Abschnitts des Stoppelements der 3A und 3B, die innerhalb eines Abschnitts des nachgiebigen Pins der 2 angeordnet ist, ist;
5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Position ist;
6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Position ist;
7A und 7B perspektivische Ansichten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
8 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10A-10C Ansichten eines nachgiebigen Pins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
11 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
12 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
13A-13C Draufsichten auf die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 11 und 12 gezeigt ist, sind;
14 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
15 eine Seitenansicht der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 11-14 gezeigt ist, ist;
16 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
17 eine perspektivische Ansicht eines Stoppkamms in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
18 eine Seitenansicht einer Implementierung des Stoppkamms der 17 ist; und
19 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

Es wird gewürdigt werden, dass zur Einfachheit und Klarheit der Darstellung in den Zeichnungen gezeigte Elemente nicht notwendigerweise genau oder maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Beispielsweise können die Ausmaße einiger der Elemente relativ zu anderen Elementen aus Gründen der Klarheit übertrieben oder mehrere körperliche Komponenten in einem funktionalen Block oder einem funktionalen Element umfasst sein. Weiterhin können, wo es als angemessen erachtet wird, Bezugszeichen über die Zeichnungen wiederholt werden, um korrespondierende oder analoge Elemente anzuzeigen. Darüber hinaus können einige der in den Zeichnungen abgebildeten Blöcke in eine einzige Funktion kombiniert werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargetan, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es wird durch Fachleute auf dem Gebiet verstanden werden, dass diese Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details betrieben werden können. Weiterhin können bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Strukturen nicht detailliert beschrieben worden sein, um die vorliegende Erfindung nicht zu verschleiern.
Vor der ausführlichen Erläuterung wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss verstanden werden, dass die Erfindung nicht in ihrer Anwendung auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten, die in dieser Beschreibung dargetan oder in den Zeichnungen illustriert ist, beschränkt ist. Die Erfindung ist für andere Ausführungsformen, oder um ausgeübt oder auf verschiedene Weisen durchgeführt zu werden, geeignet. Es muss auch verstanden werden, dass die hierin verwendete Phraseologie und Terminologie zum Zwecke der Beschreibung und Erklärung sind und nicht als beschränkend betrachtet werden sollen.
Im Folgenden wird mit Bezug auf 1, die eine auseinandergezogene Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine nachgiebige Anschlussanordnung 10 zum Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen zwei Substraten, beispielsweise einer ersten Leiterplatte (PCB) 12 und einer zweiten Leiterplatte 14, beschrieben. Die erste Leiterplatte 12 kann ein Substrat mit direkt gebundenem Kupfer (DBC) oder eine andere Art Leiterplattenkarte in einem System sein, das benötigt, dass elektrische Verbindungen mit der zweiten gegenüberliegenden Leiterplatte 14 hergestellt werden. Die nachgiebige Anschlussanordnung 10 umfasst eine Vielzahl nachgiebiger Pins 16, ein Stoppelement 18 und ein Behälter oder Gehäuse 20.
Mit Bezug auf 2 umfasst jeder nachgiebige Pin 16 ein erstes Anschlussende 22, einen flexiblen oder nachgiebigen Abschnitt 24, einen ersten Kopplungsabschnitt 26, der das erste Anschlussende 22 an den nachgiebigen Abschnitt 24 koppelt, ein zweites Anschlussende 28 und einen zweiten Kopplungsabschnitt 30, der den nachgiebigen Abschnitt 24 an das zweite Anschlussende 28 koppelt. In einer Ausführungsform ist das zweite Anschlussende 28 ein pressgepasster, lötfreier Verbindungsabschnitt, der durch ein korrespondierendes metallüberzogenes Durchgangsloch 40 in der zweiten Leiterplatte 14 eingefügt ist und für eine Reibungs- oder Übermaßpassung innerhalb des korrespondierenden metallüberzogenen Durchgangsloches 40 dimensioniert ist. Nachdem sie durch das metallüberzogene Durchgangsloch in der zweiten Leiterplatte 14 eingefügt wurden, können die zweiten Anschlussenden 28 optional darin verlötet werden. Die nachgiebigen Pins 16 sind als ein einstückiges Teil aus einem elektrisch leitenden Material durch bekannte Metallstanz- oder Verformungstechniken gebildet.
Das erste Anschlussende 22 kann für eine gelötete Oberflächenanbringungsverbindung, wie beispielsweise eine Oberflächenanbringungsverbindung an ein DBC-Substrat, wie in 1 gezeigt, konfiguriert sein. Alternativ kann das erste Anschlussende 22 als ein Durchgangslochanschluss zum Einfügen durch ein metallüberzogenes Durchgangsloch in der ersten Leiterplatte 12 konfiguriert sein (nicht gezeigt).
In einer Ausführungsform ist der nachgiebige Abschnitt 24 ein flexibler Abschnitt, der im Allgemeinen U-förmig ist. Es sollte erkannt werden, dass der nachgiebige Abschnitt S-förmig, gewickelt oder beliebiger geeigneter Form sein kann, die es einer nachgiebigen flexiblen Struktur ermöglicht, Bewegungen, beispielsweise entlang der Länge des Pins 16, zwischen den gegenüberliegenden Leiterplatten oder Substraten 12, 14, aufgrund von, beispielsweise, Unterschieden in den thermischen Expansionskoeffizienten (CTE) der verbindeten Leiterplatten, aufzunehmen.
Die Verbindung der ersten und zweiten Leiterplatten 12, 14 unter Verwendung der nachgiebigen Anschlussanordnung 10 wird jetzt mit Bezug auf 1 beschrieben. Das erste Anschlussende 22 jedes nachgiebigen Pins 16 ist an der ersten Leiterplatte 12 befestigt. Die Pins 16 sind entweder gelötet, falls das erste Anschlussende 22 eine Oberflächenanbringungsverbindung ist, oder durch ein korrespondierendes metallüberzogenes Durchgangsloch 40 (nicht gezeigt) eingefügt, falls das erste Anschlussende 22 ein Durchgangslochanschluss, vergleichbar mit dem zweiten Anschlussende 28, ist. Das Stoppelement 18 und der Behälter 20 sind dann über der Vielzahl von Pins 16 angeordnet. Der Behälter hat eine Vielzahl von Öffnungen 44, die dimensioniert und angeordnet sind, einen korrespondierenden Pin 16 anzunehmen. Das Stoppelement 18 kann entweder Teil des Behälters 20 oder um darin hineinzupassen dimensioniert sein. Das Stoppelement 18 ist, wie unten beschrieben wird, angeordnet, innerhalb des flexiblen Abschnitts 24 der Pins 16 eingeschoben zu werden.
Mit Bezug jetzt auf 3A und 3B umfasst das Stoppelement 18 einen Rahmen 48 mit Stoppabschnitten 32a, die über den Rahmen 48 angeordnet sind. Eine Indikatorerweiterung 50, wie unten beschrieben wird, wird auch auf dem Rahmen 48 bereitgestellt. Die Stoppabschnitte 32a werden innerhalb der nachgiebigen Abschnitte 24 angeordnet, d. h. zwischen den Schenkeln der U-förmigen nachgiebigen Abschnitte 24 der nachgiebigen Pins 16. Die Stoppabschnitte 32a sind dimensioniert, um eine Höhe P zu haben, die geringfügig geringer als ein Abstand D zwischen den Innenkanten gegenüberliegender Schenkel des U-förmigen nachgiebigen Abschnitts 24 ist, wenn der nachgiebige Abschnitt 24 in seinem normalen, nicht deformierten Zustand ist, wie in 4 gezeigt. Obwohl sie mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt gezeigt sind, können die Stoppabschnitte 32a andere Querschnittsformen einschließlich runder oder ovaler haben.
Mit Bezug jetzt auf 5, einer Schnittansicht in einer abgestuften Position, ist das Stoppelement 18 derart angeordnet, dass die Stoppabschnitte 32a nicht innerhalb der nachgiebigen Abschnitte 24 sind. Der Indikatorabschnitt 50 zeigt demnach nicht durch ein Indikatorloch 52 in dem Behälter 20.
Im Betrieb, wenn die zweite Leiterplatte 14 auf den Pins 16 platziert ist, gibt es ein Risiko, dass zu viel Kraft auf einen oder mehrere der Pins 16 ausgeübt wird und der nachgiebige Abschnitt 24 permanent deformiert wird. Wenn deformiert, kann der nachgiebige Abschnitt 24 nicht in der Lage sein, alle Veränderungen im Abstand zwischen der ersten und zweiten Leiterplatte aufgrund verschiedener thermischer Expansionskoeffizienten aufzunehmen, was möglicherweise einen Verbindungsfehler verursacht.
Um eine permanente Deformation der Pins 16 zu vermeiden, jetzt mit Bezug auf 6, wird das Stoppelement 18 neu positioniert, d. h. in eine Endposition platziert, so dass die Stoppabschnitte 32a innerhalb der nachgiebigen Abschnitte 24 sind. Nachdem das Ausmaß D zwischen den Innenkanten gegenüberliegender Schenkel des U-förmigen nachgiebigen Abschnitts 24 geringfügig größer als die Höhe P des Stoppabschnitts 32a ist, kann sich der nachgiebige Abschnitt 24 in Antwort auf Kräfte, welche die gegenüberliegenden Schenkel zueinander drängen, deformieren, bis die Innenkanten der gegenüberliegenden Schenkel an entgegengesetzte Seiten des Stoppabschnitts 32a grenzen. Demnach wird, während des Zusammenbaus, ein harter Stopp durch den Stoppabschnitt 32 bereitgestellt, welcher die Kompression des nachgiebigen Abschnitts 24 beschränkt, wenn die zweite Leiterplatte 14 über den zweiten Anschlussenden 28 der nachgiebigen Pins 16 zusammengebaut wird. Dennoch bleibt ausreichend Raum (D-P), damit der nachgiebige Abschnitt 24 Veränderungen aufgrund von Temperaturanstiegen und unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten aufnehmen kann.
Um zu bestätigen, dass der Stoppabschnitt 32a in Position ist, kann das Indikatorloch 52 vor dem Installieren der zweiten Leiterplatte 14 zum Nachweis des Indikatorabschnitts 50 überprüft werden, der eine vom Behälter 20 verschiedene Farbe haben kann, um eine Identifikation zu erleichtern. Sobald es eine Bestätigung gibt, dass sich der Abschnitt 50 in dem Loch 52 zeigt, kann die zweite Leiterplatte platziert werden.
Das Stoppelement 18 kann wie dargestellt als eine integrale Einheit als ein einziges Teil geformt werden, so dass ausgewählte Abschnitte des Stoppelements 18 die Stoppabschnitte 32a für die jeweiligen nachgiebigen Abschnitte 24 bereitstellen. Genauer gesagt kann das Stoppelement 18 als ein Kamm oder Gitter mit den als Querbalken geformten Stoppabschnitten 32a wie in 1 gezeigt geformt sein, so dass jeder Querbalken 32a die Stoppabschnitte bereitstellt, die innerhalb einer Vielzahl nachgiebiger Abschnitte 24 korrespondierender nachgiebiger Pins 16 angeordnet sind. Alternativ können die Stoppelemente 32 trennbar sein, so dass jeder Stoppabschnitt 32a die Bewegung des nachgiebigen Abschnitts 24 eines oder mehrerer der nachgiebigen Pins 16 beschränkt.
In dem Fall, in dem ein S-förmiger nachgiebiger Abschnitt 24 eingesetzt wird, können mehrere Stoppelemente 18 eingesetzt werden, um die Bewegung des nachgiebigen Abschnitts zu beschränken, wenn der nachgiebige Abschnitt unter Kompression steht. Näher spezifiziert kann ein Stoppelement in der oberen Sektion des S-förmigen nachgiebigen Abschnitts angeordnet sein und ein anderes Stoppelement kann in der unteren Sektion des S-förmigen nachgiebigen Abschnitts angeordnet sein. Die Stoppelemente können als ein einziges Teil hergestellt sein, oder sie können alternativ getrennte Elemente sein. Auf die gleiche Weise können ein oder mehrere Stoppelemente eingesetzt werden, wenn der nachgiebige Abschnitt eine gewickelte Struktur ist, und solche Stoppelemente können als ein einziges Teil oder als getrennte Elemente geformt sein.
Das Stoppelement 18 kann in Antwort auf ein Betätigen eines Werkzeugs 60 in entweder einer horizontalen Implementierung, wie in 7A gezeigt, oder einer vertikalen Implementierung, wie in 7B gezeigt, zwischen der abgestuften Position und der Endposition in Verbindung mit einem geeigneten Verbindungsstück bewegbar sein, wie beispielsweise einer aufgekanteten oder mit einer Rampe versehenen Oberfläche auf dem Stoppelement 18.
Die Verbindung der ersten und zweiten Leiterplatten 12, 14 unter Verwendung der nachgiebigen Anschlussanordnung 10 wird weiter in 8 und 9 illustriert.
Die nachgiebigen Pins 16 innerhalb der nachgiebigen Anschlussanordnung 10 dienen zum Absorbieren von Spannungen, die an den ersten und zweiten Anschlussenden 22, 28 während des Zusammenbaus und über die Zeit aufgrund von Temperaturzyklen des elektrischen Apparats oder anderweitig in der Anordnung induzierten mechanischen Spannungen resultieren können. Darüber hinaus können, wenn die zweite Leiterplatte 14 auf den zweiten Anschlussenden 28 der nachgiebigen Pins 16 installiert ist, wesentliche Abwärtskräfte auf die nachgiebigen Pins 16 ausgeübt werden, und der nachgiebige Abschnitt 24 sich deformieren, bis der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Schenkeln des nachgiebigen Abschnitts 24 gleich der Höhe P des Stoppabschnitts 32a ist, der darin angeordnet ist. Nach dem Zusammenbau wird der nachgiebige Abschnitt 24 der nachgiebigen Pins 16 weiter tätig mechanische Spannungen innerhalb des Apparats zu absorbieren, die von Temperaturzyklen oder aufgrund anderer Ursachen resultieren, wenn die gegenüberliegenden Schenkel des nachgiebigen Abschnitts 24 nicht voll gegen den jeweiligen Stoppabschnitt 32a, 18 komprimiert sind.
Um dem nachgiebigen Abschnitt 24 der Pins 16 mehr Bewegung bereitzustellen, kann der Stoppabschnitt 32a zurück in die abgestufte Position bewegt werden, nachdem die zweite Leiterplatte 14 auf den Pins platziert ist. Demnach wird der Bewegungsbereich des nachgiebigen Abschnitts 24 nicht länger durch den Stoppabschnitt 32a beschränkt. Es sollte beachtet werden, dass wahlweise das Stoppelement 18, der Stoppabschnitt 32a und/oder der Behälter 20 derart konfiguriert sein könnte, dass sie entfernt werden können, sobald die zwei Platten befestigt sind.
Auch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermeidet Schaden an flexiblen Verbindungspins, wenn eine zweite Leiterplatte befestigt wird. Diese Ausführungsform verwendet einen verschiedenen Pin 100, wie in 10A-10C gezeigt. Jeder nachgiebige Pin 100 umfasst ein erstes Anschlussende 122, einen flexiblen oder nachgiebigen Abschnitt 124 und ein zweites Anschlussende 128. Zwei Schultern oder Flügel 130 sind auf dem Pin 100 angeordnet und erstrecken sich von einer Oberfläche des Pins 100 neben einem Einbuchtabschnitt 134. In einer Ausführungsform ist das zweite Anschlussende 128 ein pressgepasster, lötfreier Verbindungsabschnitt, der durch das korrespondierende metallüberzogene Durchgangsloch 40 in der zweiten Leiterplatte 14 eingefügt und für eine Reibungs- oder Übermaßpassung innerhalb des korrespondierenden metallüberzogenen Durchgangsloches 40 dimensioniert ist. Nachdem sie durch das metallüberzogene Durchgangsloch in der zweiten Leiterplatte 14 eingefügt wurden, können die zweiten Anschlussenden 128 optional darin verlötet werden. Die nachgiebigen Pins 100 sind als ein einziges Teil aus einem elektrisch leitenden Material durch bekannte Metallstanz- oder Verformungstechniken gebildet.
Das erste Anschlussende 122 kann für eine gelötete Oberflächenanbringungsverbindung konfiguriert sein. Alternativ kann das erste Anschlussende 122 als ein Durchgangslochanschluss zum Einfügen durch ein metallüberzogenes Durchgangsloch in der ersten Leiterplatte 12 (nicht gezeigt) konfiguriert sein.
In einer Ausführungsform ist der nachgiebige Abschnitt 124 ein flexibler Abschnitt, der im Allgemeinen S-förmig ist, und welcher aufgrund der in 10B von der Seite gezeigten Biegung auch Flexibilität entlang der Länge des Pins 100 sowie senkrecht zu der Länge bereitstellt und demnach eine Bewegung in X-, Y- und Z-Richtung ermöglicht. Es sollte erkannt werden, dass der nachgiebige Abschnitt C-förmig, gewickelt oder jeder geeigneten Form sein kann, die eine nachgiebige flexible Struktur zum Aufnehmen von Bewegungen zwischen den gegenüberliegenden Leiterplatten oder Substraten 12, 14 bereitstellt.
Im Betrieb sind die Pins 100 an eine erste Leiterplatte 204 befestigt, wie in 11 gezeigt, und wie für die bestimmte Anwendung benötigt angeordnet. Ein Unterstützungsrahmen/Gehäuse 208 wird dann um die Vielzahl von Pins 100 herum bereitgestellt. Der Unterstützungsrahmen 208 umfasst einen Stoppkamm 212 mit einer Vielzahl von Kammöffnungen 216, die bezüglich der Vielzahl von Pins 100 angeordnet sind. Jede Kammöffnung 216 umfasst eine Schlüsselöffnung 220. Das Gehäuse 208 und der Stoppkamm 212 sind derart angeordnet, dass, wenn sie in einer ersten Position sind, die zweiten Anschlussenden 128 sich wie in 12 gezeigt durch die Kammöffnungen 216 erstrecken.
Mit Bezug jetzt auf 13A-13C, welche Draufsichten auf den Stoppkamm 212 sind, kann gesehen werden, dass die Schlüsselöffnung 220 kleiner als die Kammöffnung 216 ist. Die Kammöffnung 216 ist dimensioniert es dem Pin 100 zu erlauben, sich, wie in 13B gezeigt, in der ersten Position frei durch die Kammöffnung 216 zu erstrecken. Wenn der Stoppkamm 212 in eine zweite Position bewegt wird, so dass der Einbuchtabschnitt 134 in die Schlüsselöffnung 220 eingefügt wird, verhindern die Flügel 130, dass der Pin 100 nach unten gedrückt wird. Sobald der Pin 100 eingeriegelt ist, wie in 14 und 15 gezeigt, kann eine zweite Leiterplatte 304 an den Pins 100 befestigt werden, ohne Sorge, dass die nachgiebigen Abschnitte 124 der Pins 100 aufgrund einer zu großen Kraft, die auf sie ausgeübt wird, deformiert werden. Man wird verstehen, dass der Einbuchtabschnitt 134 des Pins wenigstens so groß wie eine Dicke des Stoppkamms 212 sein muss, um eine Bewegung in die Schlüsselöffnung 220 zu erlauben. Vorteilhafterweise wird, sobald zusammengebaut, die Spannung auf den Pins 100 durch das Gehäuse 208, das eine Unterstützung für die zweite Leiterplatte bereitstellt, reduziert.
Oben wurde der Stoppkamm 212 als bewegbar bezüglich des Rahmens 208 beschrieben. Alternativ kann der Stoppkamm 212 integral mit dem Rahmen 208 sein, und dann wird der Rahmen 208 bewegt, um die Flügel 130 in der Schlüsselöffnung 220 für eine nachfolgende Platzierung der oberen Leiterplatte zu platzieren. Der Rahmen 208 kann beispielsweise durch Schrauben oder Epoxid an der ersten Leiterplatte befestigt werden, um ihn an der Stelle zu halten. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen kann die zweite, oder obere, Leiterplatte entweder befestigt werden oder auf Pylonen, die sich von dem Rahmen 208 oder dem Gehäuse 20 erstrecken, aufschwimmen. Vorteilhafterweise wird dann ein Raum bereitgestellt, um Luftfluss und bessere Wärmedissipation zu erlauben.
Vergleichbar mit der ersten Ausführungsform kann der Stoppkamm 212 einen Positionsindikator umfassen, um beim Identifizieren, in welcher Position sich der Stoppkamm 212 befindet, zu helfen. Der Stoppkamm 212 kann auch konfiguriert sein, sich innerhalb des Rahmens 208 durch vertikale oder horizontale Manipulation zu bewegen.
Wie oben beschrieben verbleibt der Stoppkamm 212 in der Verriegelungsposition, sobald die zweite Leiterplatte an der Stelle platziert wurde. In einem alternativen Ansatz kann der Stoppkamm 212 zurück in die erste Position bewegt werden, so dass die Flügel 130 nicht länger in den Schlüsselöffnungen 220 angeordnet sind. Diese Orientierung ermöglicht noch mehr Bewegung des Pins 100 bezüglich der beiden Platten.
Alternativ kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert sein, dass ein Stoppkamm entfernt werden könnte, sobald die zweite Leiterplatte an der Stelle platziert ist. Mit Bezug jetzt auf 16 umfasst ein Rahmen 340 eine Vielzahl von Slots 342, um dem Rahmen 340 zu erlauben, sich zwischen den Pins 100 zu verschieben. Ein entfernbarer Stoppkamm 350 hat eine Vielzahl von Stoppslots 352, um die Flügel 130 der Pins 100 zu erfassen. Sobald die zweite Leiterplatte 14 an der Stelle platziert ist, kann der entfernbare Stoppkamm 350 von unter den Flügeln 130 herausgeschoben werden. Zusätzlich kann der Rahmen 340 auch entfernt werden, falls er nicht anderweitig verwendet wird, um die zweite Leiterplatte 14 an der Stelle zu behalten.
In jeder der Ausführungsformen können die Pins aus einem leitenden Material hergestellt werden, beispielsweise einer kupferbasierten Legierung, d. h. jedes Rotmetall wie beispielsweise eine CuSn-Legierung oder eine Phosphorbronze. Jedes nicht leitende Material, beispielsweise ein thermoplastisches Material, kann für den Rahmen, Stoppkamm oder jeden anderen Abschnitt, der nichtleitend sein muss, verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die aufgelisteten Materialien hier nur beispielhaft sind und nicht als einschränkend bestimmt sind.
Weiter darüber hinaus kann ein Rahmen 208 mit einem festen Stoppkamm 212, d. h. ein Stoppkamm, der sich nicht bezüglich des Rahmens 208 bewegt, derart platziert sein, dass jede Kammöffnung 216 einen korrespondierenden Pin 100 empfängt. Sobald der Rahmen 208 an der Stelle ist, kann jeder Pin 100 derart bewegt werden, dass wenigstens ein Flügel 130 mit dem Stoppkamm 212 einrastet. Beispielsweise kann jeder Pin 100 bewegt werden, um mit der Schlüsselöffnung 220 einzurasten. Der Pin 100 ist hinreichend flexibel, um ohne beschädigt zu werden in dieser Position zu bleiben.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Stoppkamm 360, von dem ein Abschnitt in 17 gezeigt ist, eine Kammöffnung 362 und eine Schlüsselöffnung 364. Rampenoberflächen 366 sind neben der Schlüsselöffnung 364 positioniert und in Richtung einer Oberfläche des Stoppkamms 360 gerichtet.
In einem Ansatz würde der Stoppkamm 360 fest in einem Rahmen (nicht gezeigt) platziert sein, so dass der Stoppkamm 360 sich nicht bezüglich des Rahmens bewegt. Der Stoppkamm 360 und der Rahmen werden positioniert und über einem oder mehreren Pins 100 platziert, wobei eine Kammöffnung 362 einem jeweiligen Pin 100 entspricht. Wie in 18 gezeigt, wird, wenn der Stoppkamm 360 auf den Pin 100 herunterkommt, der Pin 100 durch die Rampenoberflächen 366 und dann in die Schlüsselöffnung 364 abgelenkt (wie durch gestrichelte Linien gezeigt), so dass wenigstens einer der Flügel 130 auf dem Pin 100 mit dem Stoppkamm 360 einrastet.
Alternativ kann der Stoppkamm 360 bezüglich des Rahmens bewegbar sein und die Rampenoberflächen 366 werden auf ähnliche Weise den Pin 100 einzurasten und die Flügel 130 in Position zu bewegen funktionieren.
Mit Bezug jetzt auf 19 umfasst ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Befestigen der nachgiebigen Pins an der ersten Leiterplatte, Schritt 404, wie oben beschrieben, beispielsweise durch Löten von Oberflächenanbringungen, und dann ein Beschränken einer Bewegung der Pins, Schritt 408. Wie oben beschrieben umfasst dies entweder ein Platzieren einer Vorrichtung innerhalb des flexiblen Abschnitts des Pins oder ein Beschränken einer Bewegung eines anderen Abschnitts des Pins, beispielsweise ein Beschränken einer Bewegung der Flügel 130. Die zweite, oder obere, Leiterplatte wird dann auf den nachgiebigen Pins platziert, Schritt 412. Optional kann, sobald die zweite Leiterplatte platziert ist, die Beschränkung auf den Pins entfernt werden, Schritt 416, und der Beschränkungsmechanismus kann optional entfernt werden, Schritt 420.

Claims

Verbindungssystem, das aufweist: ein erstes Substrat (12, 204); eine Vielzahl nachgiebiger Pins (16, 100), die in einer ersten Anordnung auf dem ersten Substrat (12, 204) angeordnet sind, wobei jeder nachgiebige Pin (16, 100) eine darin ausgebildete Einbuchtung oder Nut und einen nachgiebigen Abschnitt (24, 124) aufweist, der zwischen einem ersten Anschlussende (22, 122) und einem zweiten Anschlussende (28, 128) angeordnet ist, wobei die ersten Anschlussenden (22, 122) an dem ersten Substrat (12, 204) befestigt sind; ein Gehäuse (20, 208, 340), das auf dem ersten Substrat (12, 204) angeordnet ist; und eine Stoppstruktur (18, 212, 350, 360), die in dem Gehäuse (20, 208, 340) derart angeordnet ist, dass sich die nachgiebigen Abschnitte (24, 124) der nachgiebigen Pins (16, 100) zwischen dem ersten Substrat (12, 204) und der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) erstrecken, wobei die Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) eine Vielzahl von Öffnungen (216, 352, 362) aufweist, durch die sich die nachgiebigen Stifte (16, 100) erstrecken, wobei jede der Öffnungen (216, 352, 362) teilweise durch eine innere Kante definiert ist, und wobei die nachgiebigen Stifte (16, 100) und die Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) relativ zueinander beweglich sind, so dass die inneren Kanten der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) jeweils relativ in die Einbuchtungen oder Nuten der nachgebenden Pins (16, 100) bewegt werden können, um eine Kompression der nachgiebigen Abschnitte (24, 124) der nachgiebigen Pins (16, 100) zu begrenzen, wenn eine Kraft auf die zweiten Anschlussenden (28, 128) der nachgiebigen Stifte (16, 100) ausgeübt wird.
Verbindungssystem nach Anspruch 1, wobei jeder nachgiebige Pin (100) mindestens eine sich nach außen erstreckende Flügelstruktur (130) aufweist, die hilft, die Einbuchtung oder Nut in dem nachgiebigen Pin (100) zu definieren, wobei die Stoppstruktur (212, 360) ein Stoppkamm (212, 360) mit Kammöffnungen (216, 362) ist, die in dergleichen ersten Anordnung wie die Vielzahl von nachgiebigen Pins (100) bereitgestellt sind, wobei das Gehäuse (208) derart auf dem ersten Substrat (12) angeordnet ist, dass jede Kammöffnung (216, 362) einem nachgiebigen Stift (100) entspricht, und wobei jede Kammöffnung (216, 362) einen ersten Abschnitt und einen Schlüsselöffnungsabschnitt (220, 364) aufweist, der teilweise durch eine der inneren Kanten des Stoppkamms (212, 360) definiert ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 2, wobei der Schlüsselöffnungsabschnitt (220, 364) eine Breite hat, die kleiner als die Breite des ersten Abschnitts ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 2, wobei der Stoppkamm (212, 360) verschiebbar in dem Gehäuseangeordnet ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 2, wobei der Stoppkamm (212, 360) und der Gehäuse (208) aus einer einstückigen Konstruktion sind.
Verbindungssystem nach Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt jeder Kammöffnung (216, 362) so dimensioniert ist, dass der korrespondierende nachgiebige Pin (100) durchführbar ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 6, wobei der Schlüsselöffnungsabschnitt (220, 364) jeder Kammöffnung (216, 362) dimensioniert ist, ein Durchführen des korrespondierenden nachgiebigen Pins (100) zu verhindern.
Verbindungssystem nach Anspruch 6, wobei der Schlüsselöffnungsabschnitt (364) jeder Kammöffnung (362) wenigstens eine Rampenoberfläche (366) aufweist.
Verbindungssystem nach Anspruch 6, wobei der Schlüsselöffnungsabschnitt (220, 364) dimensioniert ist, wenigstens einen Flügel (130) eines in der Kammöffnung (216, 362) angeordneten nachgiebigen Pins (100) zu erfassen.
Verbindungssystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Anschlussende (28, 128) jedes nachgiebigen Pins (16, 100) ein Presspassungsabschnitt ist, der angepasst ist, um in einem Loch eines zweiten Substrats (14, 304) aufgenommen zu werden.
Verbindungssystem nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (20, 208, 340) und die Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) zwischen einer ersten Konfiguration, bei der die Innenkanten der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) nicht in den Einbuchtungen oder Nuten der nachgiebigen Pins (16, 100) angeordnet sind, und einer zweiten Konfiguration, bei der die inneren Kanten der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) in den Einbuchtungen oder Nuten der nachgiebigenen Pins (16, 100) angeordnet sind, relativ zueinander beweglich sind.
Verbindungssystem nach Anspruch 11, das ferner einen Positionsindikator (50, 52) zum Bereitstellen einer visuellen Anzeige, ob sich das Gehäuse (20, 208) und die Stoppstruktur (18, 212) in der ersten Konfiguration oder in der zweiten Konfiguration befinden, aufweist.
Verbindungssystem nach Anspruch 11, wobei die Einbuchtung oder Nut in jedem nachgiebigen Pin (16) durch den nachgiebigen Abschnitt (24) gebildet ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 13, wobei der nachgiebige Abschnitt (24) U-förmig ist.
Verbindungssystem nach Anspruch 13, wobei die Stoppstruktur (18) einen Rahmen (48) umfasst, der gegenüberliegende Wände mit einer Mehrzahl von balkenförmigen Stoppabschnitten (32a) aufweist, die dazwischen gesichert sind, wobei die Stoppabschnitte (32a) durch die Öffnungen in der Stoppstruktur (18) beabstandet sind und die inneren Kanten umfassen, die in den Einbuchtungen oder Nuten der nachgiebigen Stifte (16) angeordnet werden können.
Verbindungssystem nach Anspruch 15, wobei der Rahmen (48) der Stoppstruktur (18) ferner eine Indikatorerweiterung (50) aufweist, die durch ein Loch (52) in dem Gehäuse (20) sichtbar ist, wenn sich das Gehäuse (20) und die Stoppstruktur (18) in der zweiten Konfiguration befinden.
Verbindungssystem nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse (20) eine obere Wand mit einer Mehrzahl von Öffnungen (44) umfasst, und wobei jeder nachgiebige Pin (16) sich durch eine der Öffnungen zwischen den Stoppabschnitten (32a) der Stoppstruktur (18) und dann durch eine der Öffnungen (44) in der oberen Wand des Gehäuses (20) erstreckt.
Verfahren zum Verbinden eines ersten Substrats (12, 204) mit einem zweiten Substrat (14, 304), wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines nachgiebigen Pins (16, 100) mit einer darin ausgebildeten Einbuchtung oder Nut und mit einem nachgiebigen Abschnitt (24, 124), der zwischen einem ersten Anschlussende (22, 122) und einem zweiten Anschlussende (28, 128) angeordnet ist; Sichern des ersten Anschlussendes (22, 122) des nachgebenden Pins (16, 100) an dem ersten Substrat (12, 204); Bereitstellen einer Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) mit einer Öffnung (216, 352, 362), die teilweise durch eine Innenkante definiert ist; Positionieren der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) derart, dass der nachgiebige Abschnitt (24, 124) des nachgiebigen Pins (16, 100) zwischen der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) und dem ersten Substrat (12, 204) angeordnet ist; Bewirken einer Relativbewegung zwischen dem nachgiebigen Pin (16, 100) und der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360), um die Innenkante der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) relativ in die Einbuchtung oder Nut des nachgiebigen Pins (16, 100) zu bewegen; und Sichern des zweiten Anschlussendes (28, 128) des nachgiebigen Pins (16, 100) an dem zweiten Substrat (14, 304), wobei die Relativbewegung der Innenkante der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) in der Einbuchtung oder Nut des nachgiebigen Pins (16, 100) eine Kompression des nachgiebigen Abschnitts (24, 124) des nachgiebigen Stifts (16, 100) begrenzt, wenn das zweite Anschlussende (28, 128) an dem zweiten Substrat (14, 304) gesichert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Relativbewegung zwischen dem nachgiebigen Pin (16, 100) und der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) ein Bewegen der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) von einer ersten Position, in der die Innenkante der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) nicht in der Einbuchtung oder Nut des nachgiebigen Pins (16, 100) angeordnet ist, zu einer zweiten Position, in der die Innenkante der Stoppstruktur (18, 212, 350, 360) in der Einbuchtung oder Nut des nachgebenden Pins (16, 100) angeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend: nach dem Sichern des zweiten Anschlussendes (28, 128) des nachgiebigen Pins (16, 100) an dem zweiten Substrat (14, 304), Zurückbewegen der Stoppstruktur (18, 212, 350) zu der ersten Position.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der nachgiebige Pin (100) mindestens eine sich nach außen erstreckende Flügelstruktur (130) aufweist, die hilft, die Einbuchtung oder Nut in dem nachgiebigen Pin (100) zu definieren, wobei die Öffnung (216, 362) in der Stoppstruktur (212, 360) einen ersten Abschnitt und einen schmaleren Schlüsselabschnitt (220, 364) aufweist, der teilweise durch die Innenkante definiert ist, und wobei ein Bewegen der Stoppstruktur (212, 360) von der ersten Position zu der zweiten Position eine relative Bewegung des nachgiebigen Stifts (100) von dem ersten Abschnitt der Öffnung (216, 362) zu dem Schlüsselabschnitt (220, 364) der Öffnung (216, 362) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Stoppstruktur (360) Rampenoberflächen (366) umfasst, die an den Schlüsselabschnitt (364) der Öffnung (362) angrenzend positioniert sind, und wobei das Bewegen der Stoppstruktur (360) von der ersten Position zu der zweiten Position eine vertikale Bewegung ist, die bewirkt, dass die Rampenoberflächen (366) die Flügelstruktur (130) berühren, wodurch der nachgiebige Pin (100) derart abgelenkt wird, dass sich die Flügelstruktur (130) durch den ersten Abschnitt der Schlüsselöffnung (362) bewegt und sobald die Flügelstruktur (130) durch den ersten Abschnitt hindurch ist, bewegt sich der nachgiebige Pin (100) elastisch in seine ursprüngliche Form zurück, wodurch der nachgiebige Pin (100) in den Schlüsselabschnitt (364) der Öffnung (362) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei in jedem nachgiebigen Pin (16) die Einbuchtung oder Nut durch den nachgiebigen Abschnitt (24) gebildet wird